姜黄素抗牙龈卟啉单胞菌脂多糖机制

【摘要】 牙龈卟啉单胞菌脂多糖是慢性牙周炎发展过程中至关重要的毒力因子之一。姜黄素是姜黄的活性成分，其拥有强有力的抗炎活性并能调节多种细胞信号通路，有控制炎症和骨吸收的潜能。

【关键词】 牙龈卟啉单胞菌； 姜黄素； 脂多糖

【Abstract】 Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide is a crucial virulence factor involved in the development of chronic periodontitis.Curcumin is the active ingredient of turmeric， it has a strong anti-inflammatory activity and regulates a variety of cell signaling pathways，also has the potential control inflammation and bone resorption.

【Key words】 Porphyromonas gingivalis； Curcumin； Lipopolysaccharide

牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.g）是一种厌氧、革兰阴性球杆菌，与牙周疾病的发生、发展密切相关，包括骨和组织的破坏。有关研究证明，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、牙龈素（gingipains）和菌毛证实为牙周炎最关键的毒力因子，其中LPS是P.g的主要毒力因子，LPS刺激所产生的炎症反应在牙周炎发展过程中有着非常重要的作用[1-2]。之前的研究已经报道，姜黄素表现出广泛的生物活性，包括抗炎症、抗肿瘤、抗氧化剂、抗菌、利胆、神经保护并参与多种药物之间的相互作用[3]。从细胞水平上来看，姜黄素能调节重要分子目标转录因子，如核转录因子κB（Nuclear Factor-κB，NF-κB）和激活蛋白-1（activator protein，AP-1）、酶如环氧合酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）和5-脂氧酶（5-lipoxygenase）、细胞周期蛋白如细胞周期蛋白D1和P21、细胞因子如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）和白介素-1（interleukin-1，IL-1）、受体如表皮生长因子受体和细胞表面粘附分子[4]，姜黄素还能通过调节诱导型一氧化碳合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）从而发挥其作用[5]。

1 脂多糖致病机制

LPS是革兰阴性菌外膜中的主要结构成分，其致病机制主要为两种：激活胞内信号传导通路，诱导炎性细胞因子产生并参与骨吸收。LPS首先与细胞表面受体相结合，然后刺激细胞分泌炎性细胞因子[6]。Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）和CD14（membrane CD14，mCD14）是LPS常见的信号传导受体，CD14介导单核-巨噬细胞识别LPS使细胞合成并分泌各种细胞因子[7]。TLR在炎症反应和炎性介质的诱导产生中扮演重要角色，TLR尤其是TLR-2和TLR-4起到了主导作用[8]，TLR-2和TLR-4可能作为炎症细胞因子的上游目标。LPS激活TLR-2、TLR-4能刺激破骨细胞形成和骨吸收，细胞膜上TLR-2和TLR-4识别LPS后通过细胞内信号传导途径活化NF-κB[9]，NF-κB能调节多种基因包括肿瘤细胞增殖、侵袭、血管生成和新陈代谢，并且能上调多种炎症介质基因的表达，如LPS作用于巨噬细胞、成纤维细胞和上皮细胞等可促进合成并分泌促炎因子如IL-1、白介素-6（interleukin-6，IL-6）、白介素-8（interleukin-8，IL-8）、TNF、前列腺素E（prostaglandin E，PGE）等的生成[10]。TNF-α和IL-1β是牙周炎病理发生的关键炎症因子[11]，TNF-α可诱导基质金属蛋白酶和PGE2的产生，能增强破骨细胞活性[12]；IL-1β能抑制胶原合成，促进骨吸收，加速牙周组织破坏。IL-6能够刺激造血前体细胞分化为破骨细胞，并且LPS能促进人成骨细胞合成IL-6。LPS能作用于成骨细胞产生核因子κB受体活化因子配基（recep-tor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL），可经TLR-2刺激骨膜使破骨细胞形成和参与骨吸收[13]。TLR-2/4-NF-κB信号通路启动促炎介质的表达和炎症反应的诱导。

2 姜黄素抗牙龈卟啉单胞菌脂多糖机制

2.1 姜黄素可抑制TNF表达和NF-κB的活化 姜黄素尽管半衰期短但对信号通路的调节有持续的影响并能够调控很多重要的信号传导途径，其中NF-κB为主要的途径。姜黄素能调节有关基因表达，如炎症反应、细胞生长/增殖、细胞粘连等，其中包括真核转录因子即NF-κB。NF-κB通过绑定具体的DNA共有序列激活某些因子的转录，产生自由NF-κB移位进入细胞核，绑定到特定的启动子区域目标基因，激活它们的表达。姜黄素抗炎通路在体外肿瘤细胞研究中证明主要通过下调NF-κB，姜黄素能减少IκBα磷酸化作用和依赖NF-κB细胞因子/趋化因子的产生。研究证实姜黄素能抑制不同癌细胞系中NF-κB的活性[14]，姜黄素通过阻断NF-κB信号通路来抑制破骨细胞瘤的细胞增值和促进细胞凋亡[15]。姜黄素可抑制TNF诱导的促炎基因和蛋白的表达，抑制NF-κB活化和细胞增殖[16]，抑制TNF-α诱导的NF-κB依赖性报告基因的表达[17]。长期低浓度姜黄素治疗可降低巨噬细胞中LPS诱导的NF-κB水平[18]。姜黄素能明显地抑制LPS诱导的对氧化还原敏感的NF-κB和AP-1的活性，其机制可能是姜黄素减少了与促炎相关基因的表达[19]。姜黄素能通过降低小鼠巨噬细胞RAW264.7 NF-κB水平来抑制破骨细胞生成[20]。抑制炎症反应的姜黄素能抑制NF-κB基因的水平，因此可用于治疗受NF-κB调节的各种疾病[21]。

2.2 姜黄素能抑制PGE的合成和iNOS的异常表达 姜黄素的抗炎特性至少部分归功于对前列腺素合成的抑制，姜黄素可直接抑制微粒体的PGE2合酶-1以阻断PGE2生物合成[22]。姜黄素可抑制LPS刺激小鼠RAW264.7细胞释放PGE2，促进抗炎因子IL-10表达[23]。IFN-γ和IL-12等致炎细胞因子产物可诱导iNOS的产生，其产生可介导炎症并催化可产生一氧化碳（nitric oxide，NO），NO是有效的促炎症介质，iNOS也是姜黄素抗炎作用的靶点之一，NO的过度产生能上调iNOS的表达，有研究表明姜黄素能强有力抑制过多NO的产生[4]。姜黄素降低氧化应急水平，抑制NO和PGE2的合成，减轻糖尿病大鼠肺部炎症反应[24]。据报道，姜黄素能抑制由LPS或INF-γ诱导的RAW264.7小鼠巨噬细胞中NO产生和iNOS蛋白的表达[25]。然而，姜黄素减少氧化应激的分子机制仍不清楚，总的来说，姜黄素通过抑制iNOS和PGE2合酶-1的表达来阻断NO和PGE2的产生，已成为一个潜在的抗氧化剂和消炎剂，用以治疗急性炎症和感染状况。

2.3 姜黄素可参与抑制骨吸收 姜黄素可以抑制LPS诱导的成骨细胞RANKL mRNA表达升高，抑制骨吸收，为姜黄素治疗牙周炎提供理论依据以指导临床[26]。姜黄素能通过下调促炎性细胞因子（TNF-α和IL-6）和破骨细胞形成相关分子（RANKL和RANK），减少实验性牙周炎鼠的炎症反应和牙槽骨的吸收[27]，通过抑制链脲霉素诱导的糖尿病鼠破骨细胞的生成来减少骨吸收[28]，能有效地刺激兔破骨细胞凋亡，抑制骨吸收[29]，使其可以进行临床牙周炎治疗。姜黄素能有力地刺激破骨细胞的凋亡和抑制骨吸收，下一步笔者需要证实破骨细胞凋亡中转录因子的角色。

3 应用展望

姜黄素的研究历史悠久，姜黄根粉末被用作各种食用色素和调味剂，也被用于治疗胆道疾病、厌食症、咳嗽、风湿病、癌症、鼻窦炎、肝脏疾病、高血糖、肥胖症、糖尿病等，具有广泛的生理和药理活性，其药理作用虽广泛但作用机制复杂。由其影响众多的信号通路，通过转录因子的调控途径，生长因子，不同的酶和激酶，炎性细胞因子和促进/凋亡蛋白调节姜黄素的多方面的活动。姜黄素调节许多细胞内目标，包括蛋白质参与抗氧化反应、抗血管增生、细胞毒性、抗血栓、免疫反应、细胞凋亡、细胞周期调控和肿瘤进展。近年来，姜黄素由于其能够下调各种转录因子（如NF-κB）、促炎性介质（如IL-6、TNF-α、IL-1β和NO）及细胞表面黏附分子的表达来改善炎症反应，其抗炎特性受到广泛关注，真正的研究需要进一步阐明姜黄素的抗炎和抑制牙周炎牙槽骨吸收的机制。尽管得到广泛的研究和发展，由于其生物利用率低、生理条件下稳定性差、水溶解度极低、代谢快、体内吸收差，临床应用受到限制，有待进一步深入研究。因此在未来的研究中，需要研究和开发姜黄素新的给药途径和剂型，以提高生物利用率和水溶解度，增加稳定性。为了更好地评估姜黄素的治疗作用，在动物模型体内还需要对其抗炎作用进一步的研究，运用姜黄素强有力的益处更好的为将来临床治疗和人类健康服务。

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